專利名稱：用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多點氣體濃度監(jiān)測領域，尤其涉及一種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)。
背景技術：
在現(xiàn)代化的大型工礦企業(yè)和環(huán)境監(jiān)測的實際應用中，需要對某氣體濃度進行多點監(jiān)測，構成一個分布式傳感系統(tǒng)。這樣不僅能夠掌握氣體濃度在較大范圍內的分布，便于集中監(jiān)控，而且還能通過對各點數(shù)據(jù)的分析，找出有害氣體產生的原因從而避免損失。因此，如何合理構成一個低成本的、便于集中監(jiān)控的多點監(jiān)測傳感網絡是至關重要的。
經過長期的研究和發(fā)展，國內外已經研制出了多種手持式單點氣體檢測儀器如利用火焰的高度變化來檢測的檢定燈；基于光干涉原理的檢定器；利用檢測劑與被測氣體進行化學反應時發(fā)生顏色變化(深淺或位移)來確定氣體濃度的檢測管；利用被測氣體與空氣熱導率之差來實現(xiàn)檢測的熱導式檢測儀；以及利用氣敏材料表面吸附某些氣體時電導率隨濃度改變的氣敏式檢測儀等，但由于它們存在種種缺點而沒有獲得應用。目前最常用的單點氣體傳感器是基于電化學原理的傳感器，它必須采用遠距離供電，本身就存在安全隱患，還存在易中毒，壽命短，反應速度慢的缺點。多年來人們一直在尋找替代品和新的傳感原理。 光纖氣體傳感器具有耐腐蝕、耐高溫、抗電磁干擾等特點，特別適用于危險氣體的檢測。例如對煤礦、海底中的易燃、易爆氣體的監(jiān)測，火山噴發(fā)氣體分析等。而且，光纖本身是一種傳輸損耗低、傳輸距離遠、易于組網的優(yōu)良傳輸介質，并且可以借用成熟的通信網技術。因此，光纖氣體傳感器成為人們的最佳選擇之一。 國內已經有幾種氣多點氣體監(jiān)測的傳感系統(tǒng)，比如常州自動化研究所的KJ95N系統(tǒng)，長城科技公司的JK4系統(tǒng)，以及Al系統(tǒng)，KJ2000系統(tǒng)等，在工礦企業(yè)的安全生產和環(huán)境監(jiān)測方面發(fā)揮了重要作用。然而這些系統(tǒng)主要是利用計算機技術和基于金屬導線的通信技術所構成，在信息的傳輸與處理上下功夫，而對于多點傳感系統(tǒng)中最關鍵的多址技術并沒有實質性的改進。 國內外現(xiàn)有的幾種光纖氣體傳感系統(tǒng)，按其多址技術可分為頻分多址技術、時分多址技術、碼分多址技術三種。頻分多址技術是將不同頻率的副載波分配給不同的監(jiān)測點，在接收端通過區(qū)分副載波頻率來判斷傳感點的位置，當監(jiān)測點較多時，不同點的光信號產生的諧波容易產生串擾。時分多址技術是利用監(jiān)測點的檢測光脈沖回到接收單元的時間不同來分辨監(jiān)測點的位置，缺點在于若監(jiān)測點太多則必須減小檢測脈沖的脈寬，增加輸出光功率，還在于串擾較大，監(jiān)測范圍小，速度慢等。上述兩種方案還受到光調制器的消光比、偏振相關性能等因素嚴重制約，難以實際現(xiàn)場應用。基于光碼分多址技術的新型監(jiān)測系統(tǒng)則是利用不同的編碼來代表不同的監(jiān)測點，另外由于采用了全光緩存器可使信號光多次通過氣室而大大減小氣室的體積提高靈敏度性，但目前此方案的系統(tǒng)成本較高。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)?；诒景l(fā)明，可
以有效降低系統(tǒng)損耗和各傳感點之間的串擾，并且網絡組建靈活，成本低。 —方面，本發(fā)明提供了一種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包
括依次連接的光源發(fā)生裝置、解波分復用設備、多點傳感網絡、波分復用設備以及第一解調
裝置；其中，所述光源發(fā)生裝置用于產生寬譜光，所述寬譜光經所述解波分復用設備后被分
為多路不同波長的窄帶光和一束參考光，所述每一路窄帶光包含待測氣體的一個吸收峰；
所述多點傳感網絡包括位于不同監(jiān)測點的多個氣體吸收室，所述每一路窄帶光通過與之相
對應的氣體吸收室，與氣體交互作用，攜帶氣體濃度信息進入所述波分復用設備；所述波分
復用設備用于將來自不同氣體吸收室的窄帶光合束后發(fā)送至所述第一解調裝置；所述第一
解調裝置包括光功率計和光譜儀，用于對合束后的所述窄帶光和來自于所述光源發(fā)生裝置
的所述參考光進行分析和比較，獲取不同監(jiān)測點的氣體吸收室對光的吸收損耗，以確定不
同監(jiān)測點所在地點的氣體濃度參數(shù)。 上述傳感系統(tǒng)，優(yōu)選所述光源發(fā)生裝置與所述解波分復用設備之間、每一所述窄帶光與所述氣體吸收室之間或所述波分復用設備與所述解調器之間連接有用于產生光學增益的光放大器。 上述傳感系統(tǒng)，優(yōu)選所述用于產生光學增益的光放大器為光纖拉曼放大器或者摻鉺光纖放大器。 上述傳感系統(tǒng)，優(yōu)選所述光源發(fā)生裝置后、所述用于產生光學增益的光放大器后設置光隔離器。 上述傳感系統(tǒng)，優(yōu)選所述解波分復用設備為波分復用耦合器、多層鍍膜型波分復用器、馬赫_曾德干涉型波分復用器、光纖光柵與光環(huán)行器型解波分復用器或陣列波導光柵型解波分復用器；所述波分復用設備為波分復用耦合器、多層鍍膜型波分復用器、馬赫曾德干涉型波分復用器、光纖光柵與光環(huán)行器型波分復用器或陣列波導光柵型波分復用器。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包括依次連接的光源發(fā)生裝置、解波分復用設備、多點傳感網絡以及第二解調裝置；其中，所述光源發(fā)生裝置用于產生寬譜光，所述寬譜光經所述解波分復用設備后被分為多路不同波長的窄帶光和一束參考光，所述每一路窄帶光包含待測氣體的一個吸收峰；所述多點傳感網絡包括位于不同監(jiān)測點的多個氣體吸收室，所述每一路窄帶光通過與之相對應的氣體吸收室，與氣體交互作用，攜帶氣體濃度信息進入所述第二解調裝置；所述第二解調裝置包括光電二極管和解調器，用于對所述多路窄帶光和來自于所述光源發(fā)生裝置的所述參考光進行分析和比較，獲取不同監(jiān)測點的氣體吸收室對光的吸收損耗，以確定不同監(jiān)測點所在地點的氣體濃度參數(shù)。 上述傳感系統(tǒng)，優(yōu)選所述光源發(fā)生裝置與所述解波分復用設備之間、每一所述窄帶光與所述氣體吸收室之間均可連接用于產生光學增益的光放大器。 上述傳感系統(tǒng)，優(yōu)選所述用于產生光學增益的光放大器為光纖拉曼放大器或者摻鉺光纖放大器。 上述傳感系統(tǒng)，優(yōu)選所述光源發(fā)生裝置后、所述用于產生光學增益的光放大器后設置光隔離器。
上述傳感系統(tǒng)，優(yōu)選所述解波分復用設備為波分復用耦合器、多層鍍膜型波分復用器、馬赫曾德干涉型波分復用器、光纖光柵與光環(huán)行器型解波分復用器或陣列波導光柵型解波分復用器。 相對于現(xiàn)有技術而言，本發(fā)明通過波分復用，有效降低系統(tǒng)損耗和各傳感點之間的串擾，容易實現(xiàn)現(xiàn)場應用，適用于實時監(jiān)測在近紅外區(qū)域有若干組吸收峰的氣體的多點濃度，測量精度和靈敏度高。
圖1為本發(fā)明用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)實施例的結構示意圖； 圖2為本發(fā)明用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)實施例的結構示意圖； 圖3為光纖光柵與光環(huán)行器構成的波分復用設備/解波分復用設備的結構示意
圖； 圖4為本發(fā)明用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)實例的結構示意圖； 圖5為本發(fā)明用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)實例的結構示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。 實驗表明，多種氣體(比如乙炔、甲烷、一氧化二氮、一氧化碳、二氧化碳、水等)在近紅外(0. 75微米至3微米)通常存在一組乃至多組吸收峰，這是由于分子的偶極矩旋轉導致諧波吸收峰具有精細結構。以乙炔分子為例，乙炔分子存在C-H鍵對稱伸縮振動模式Vl和C-H鍵彎曲振動模式v3的躍遷，在1525納米附近存在由簡諧振動Vl和v3形成的高次諧頻吸收峰(^+v》，又由于分子的偶極矩旋轉而產生了一組吸收峰。針對氣體在近紅外存在若干組吸收峰和以往利用耦合器搭建的系統(tǒng)損耗大、串擾大的缺陷，本發(fā)明提出一種利用波分多址技術使用不同的波長標記不同監(jiān)測點，構成多點氣體傳感系統(tǒng)。
此外，通常的光纖多點氣體傳感器均采用摻鉺光纖放大器或者半導體光放大器作為增益介質，而上述的光放大器的增益波長范圍有限(1520-1580nm)，導致光纖氣體傳感系統(tǒng)的應用受到限制。例如甲烷氣體的近紅外強吸收峰在1665nm附近，利用以往的光放大器就不能有效地放大信號光。而在現(xiàn)場環(huán)境下，傳感距離遠，設備較多導致系統(tǒng)損耗較大，最終使得甲烷光纖氣體傳感器的難以實際應用。而我們提出利用拉曼光纖放大器對信號光進行補償，則順利解決了信號光的增益問題。 參照圖1，圖1為本發(fā)明一種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)實施例的結構示意圖，該傳感系統(tǒng)包括依次連接的光源發(fā)生裝置100、解波分復用設備120、多點傳感網絡140、波分復用設備160以及第一解調器180 ;其中，光源發(fā)生裝置100為半導體光放大器或寬譜激光器，用于產生寬譜光，寬譜光經解波分復用設備120后被分為多路不同波長的窄帶光和一束參考光，每一路窄帶光包含待測氣體的一個吸收峰；多點傳感網絡140包括位于不同監(jiān)測點的多個氣體吸收室，每一路窄帶光通過與之相對應的氣體吸收室，與氣體交互作用，攜帶氣體濃度信息進入波分復用設備160 ;波分復用設備160用于將來自不同氣體吸收室的窄帶光合束后發(fā)送至第一解調器180。第一解調器180可以包括光功率計和光譜儀，用于對合束后的窄帶光和來自于光源發(fā)生裝置的參考光進行分析和比較，獲取不同監(jiān)測點的氣體吸收室對光的吸收損耗，以確定不同監(jiān)測點所在地點的氣體濃度參數(shù)。
參照圖2，圖2為本發(fā)明用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)實施例的結構示意圖，包括次連接的光源發(fā)生裝置200、解波分復用設備220、多點傳感網絡240以及第二解調器260 ;其中，所述光源發(fā)生裝置200用于產生寬譜光，所述寬譜光經所述解波分復用設備220
后被分為多路不同波長的窄帶光和一束參考光，所述每一路窄帶光包含待測氣體的一個吸收峰；所述多點傳感網絡240包括位于不同監(jiān)測點的多個氣體吸收室，所述每一路窄帶光通過與之相對應的氣體吸收室，與氣體交互作用，攜帶氣體濃度信息進入所述第二解調器；所述第二解調裝置260包括光電二極管和解調器，用于對所述多路窄帶光和來自于所述光源發(fā)生裝置200的所述參考光進行分析和比較，獲取不同監(jiān)測點的氣體吸收室對光的吸收損耗，以確定不同監(jiān)測點所在地點的氣體濃度參數(shù)。 上述兩種技術方案中，解波分復用設備可以采用多種形式，例如波分復用耦合器，或者多層鍍膜型波分復用器，或者馬赫_曾德干涉型波分復用器，或者光纖光柵與光環(huán)行器型解波分復用器，或者陣列波導光柵型解波分復用器。同樣，波分復用設備也可以采用多種形式，例如，波分復用耦合器，或者多層鍍膜型波分復用器，或者馬赫_曾德干涉型波分復用器，或者光纖光柵與光環(huán)行器型波分復用器或者陣列波導光柵型波分復用器。參照圖3，圖3是光環(huán)行器與光纖光柵構成的波分復用設備/解波分復用設備的結構示意圖，其中，6為光環(huán)行器，7為光纖光柵。寬譜光從左側進入此設備，經過第一個(左起，下同)環(huán)行器6后在第一個(左起，下同)光纖光柵上反射出一個窄帶光，此窄帶光回到第一個環(huán)行器6并進入氣室l，剩余的光繼續(xù)前進，并分別將不同的窄帶光反射并送入指定氣室。最后剩余的光通過最后一個環(huán)行器和光纖光柵后被光功率計或者光電二極管接收，并用于光功率監(jiān) 進一步的，光源發(fā)生裝置與解波分復用設備之間、每一窄帶光與氣體吸收室之間、波分復用設備與解調器之間可以連接有用于產生光學增益的光放大器，也就是說，光放大器可以放置在干路中光源發(fā)生裝置后，或是各監(jiān)測點的光支路上，也可以放置在解調器前，以放大所有信號光光強或是某一路信號光光強。并且，還可以在半導體光放大器(倘若光源發(fā)生裝置選用半導體光放大器)以及產生光學增益的光放大器后，直接連接設置光光隔離器，作用是隔離背向反射光，保證半導體光放大器(倘若光源發(fā)生裝置選用半導體光放大器)和光放大器輸出光功率盡量穩(wěn)定。上述光放大器，可以選用光纖拉曼放大器或者摻鉺光纖放大器。但由于光纖拉曼放大器是一種全波段放大器，只需選擇合適的泵浦源，即可以對任意波長的信號光進行放大，因此，優(yōu)選拉曼放大器。 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足而提出的一種新結構，此方案的優(yōu)點在于1)由于波分復用設備具有低損耗特性，用波分復用設備搭建的系統(tǒng)與以往耦合器搭建的系統(tǒng)相比，系統(tǒng)損耗可以大大降低。2)波分復用設備還具有本質的高波長隔離度，可以有效降低各傳感點之間的串擾。3)采用拉曼放大器可有效對全波段的信號光進行增益，克服了以往摻鉺光纖放大器增益范圍有限(1525-1580nm)的缺點。4)可根據(jù)網絡中不同監(jiān)測點的對檢測靈敏度的需求選擇該點的檢測波長，即選擇不同強度的吸收峰，系統(tǒng)組建靈活。
本發(fā)明用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)的技術效果還可以通過以下手段得到提高
7
第一，改進氣體吸收室的組成和結構。提高吸收室性能和有效吸收長度，如增長準直器間距，增加反射次數(shù)，降低光路傳輸損耗，可以提高氣體對光的吸收效率，減小噪聲，從而提高傳感系統(tǒng)的性能。 第二，改進或者選取性能更優(yōu)良的解波分復用設備和波分復用設備，能降低傳感系統(tǒng)的損耗和所濾出窄帶光的隔離度，可有效減少各窄帶光之間的串擾，對提高系統(tǒng)監(jiān)測精度和靈敏度有至關重要的作用，因而可以通過改進解波分復用設備和波分復用設備的方式提高傳感系統(tǒng)的性能。 第三，改進光纖拉曼放大器的性能，能對信號光進行更有效地放大，最終可以提高系統(tǒng)的檢測靈敏度。例如采用更大功率或波長更合適的泵浦和選擇合適的光纖拉曼放大器中使用的光纖，可以有效改進光纖拉曼放大器的性能。 第四，改進光纖傳感系統(tǒng)的結構可以提高系統(tǒng)性能。例如在傳感系統(tǒng)前或者在某一條支路上合理設置放大器。由于在實際應用場合環(huán)境惡劣情況復雜，部分光纖線路可能存在附加損耗與自激噪聲等不穩(wěn)定因素，對光纖傳輸特性影響較大，甚至偏振等因素均可能對系統(tǒng)的性能產生影響。因此，優(yōu)化系統(tǒng)光路的結構可以提高傳感系統(tǒng)的性能。
第五，系統(tǒng)中使用的光源發(fā)生裝置的輸出光譜應平坦且光譜的半高全寬應足夠大以便覆蓋更大的波長范圍，同時因為本方案是基于檢測功率變化的方案，其光功率應當穩(wěn)定且盡可能的大。選取優(yōu)質的功率穩(wěn)定的半高全寬更大的光源發(fā)生裝置，可以提高傳感系統(tǒng)的性能。 第六，在傳輸線路中可以采取偏振穩(wěn)定技術，例如在某一支路上加入偏振控制器或是系統(tǒng)采用保偏光纖，可以減少系統(tǒng)工作的時候的可能產生的干涉對信號的影響，從而提高傳感系統(tǒng)的性能。 第七，傳感系統(tǒng)信號處理部分的功能改善，例如解調算法的優(yōu)化，或是解調器性能的改進，也有利于提高傳感器的技術效果。 第八，傳感系統(tǒng)其它部分的功能改善，選用與監(jiān)測氣體吸收峰對應波長配套且對
波長不敏感的解波分復用設備、波分復用設備、耦合器、準直器、光放大器、光環(huán)行器、隔離
器等相關光器件并改善選用設備的性能，都有利于提高傳感系統(tǒng)的技術效果。 下面結合兩個實例，對本發(fā)明做進一步的說明。
實例1 :采用波分復用器的三點乙炔傳感系統(tǒng)； 如圖4所示，采用波分復用器的多點光纖乙炔傳感系統(tǒng)由半導體光放大器8，光隔離器9，摻鉺光纖放大器IO，多層鍍膜型波分復用器ll，傳感氣室12，光功率計13，光譜儀14等構成。 半導體光放大器i產生的寬譜光被摻鉺光纖放大器10放大后進入多層鍍膜型波分復用器ll，并分出三束各包含乙炔一個吸收峰的窄帶光，經過傳感氣室12后攜帶對應監(jiān)測點的乙炔濃度信息，隨后這三束窄帶光被多層鍍膜型波分復用器11合束并進入光譜儀14，在光譜儀14上可以實時獲知此三束窄帶光上吸收峰的吸收損耗。根據(jù)Beer-Lambert定律，測量得到窄帶光光強的變化即可得知對應的乙炔濃度。而三束窄帶光分別對應三個不同的波長，也即分別對應三個不同監(jiān)測點，為此可以實時獲知三個監(jiān)測點的乙炔濃度信息，達到實時監(jiān)測的目的。濾除窄帶光后的寬譜光進入光功率計13，此處光功率計13用于監(jiān)測光源光功率的穩(wěn)定性，作為功率參考，提高測量準確性。
在半導體光放大器1后和摻鉺光纖放大器10后各加入一只光隔離器9。光隔離器 9的作用是用于隔離背向反射光，保證半導體光放大器1和摻鉺光纖放大器10輸出光功率 盡量穩(wěn)定。 在此實施例中，監(jiān)測點數(shù)包括但不限于為三個，只需根據(jù)乙炔對應的吸收峰，選擇 合適的多層鍍膜型波分復用器11，即可搭建不同監(jiān)測點數(shù)的基于波分復用器的多點乙炔傳 感系統(tǒng)；此實施例中，多層鍍膜型波分復用器11可以由圖3所示的光纖光柵與光環(huán)行器組 合而成的波分復用設備/解波分復用設備替代，只需使各光纖光柵的中心波長分別對應乙 炔一個吸收峰的波長即可，多層鍍膜型波分復用器11還可以由波分復用耦合器，或者馬赫 曾德干涉型波分復用器，或者陣列波導光柵型解波分復用器替代；此實施例中，還可以將合 束用的多層鍍膜型波分復用器11和光功率計13，光譜儀14，替換為圖5中的光電二極管19 和解調器5。此實施例中，半導體光放大器1也可選用其他的覆蓋乙炔吸收峰的寬譜光源替 代。 實例2 :采用陣列波導光柵型波分復用器的三點甲烷傳感系統(tǒng)
如圖5所示，采用陣列波導光柵型波分復用器的三點甲烷傳感系統(tǒng)由中心波長在 1650nm(中心波長為1650nm，半高全寬為60nm)的寬譜光源15，光隔離器9，多層鍍膜型波 分復用器11， 1550nm的大功率泵浦激光器16，單模光纖17，陣列波導光柵型波分復用器18， 傳感氣室12，光電二極管19，解調器5等構成。 本實施例中，多層鍍膜型波分復用器11， 1550nm的大功率泵浦激光器16，單模光 纖17構成了一個拉曼光纖放大器。其作用是對U波段，即波長在1625nm-1675nm范圍內的 信號光進行放大。 寬譜光源15(中心波長為1650nm，半高全寬為60nm，以下在本實施例中簡稱寬譜 光源15)產生的寬譜光被拉曼光纖放大器增益后進入陣列波導光柵型波分復用器18，并分 出三束各包含甲烷一個吸收峰的窄帶光，經過傳感氣室12后攜帶對應傳感點的甲烷濃度 信息，隨后這三束窄帶光被光電二極管19接收，并隨后送入解調器5進行分析各點的損耗。 根據(jù)Beer-Lambert定律，由吸收損耗就可以得知對應的甲烷濃度。而三束窄帶光分別對應 三個不同的波長，也即對應三個不同監(jiān)測點，為此可以實時獲知三個監(jiān)測點的甲烷濃度信 息，達到實時監(jiān)測的目的。濾除三個窄帶光后的寬譜光被光電二極管19接收并轉換為電信 號，此電信號用于監(jiān)測光源光功率的穩(wěn)定性，作為功率參考，提高測量準確性。
Beer-Lambert定律的具體內容是當光源的發(fā)射譜與氣體的吸收譜相吻合時，就 會發(fā)生共振吸收。吸收強度與該氣體的體積分數(shù)有關，通過測量吸收強度就可推算氣體的 體積分數(shù)。由Beer-Lambert定律，出射光強1、入射光強I。和氣體的體積分數(shù)C之間的關 系為 I = I0exp(-o CL) (1) 式中，o為氣體吸收系數(shù)；L為吸收路徑的長度。 Beer-Lambert定律反映出，只需測量出射光強和入射光強，即可求出氣體的體積 分數(shù)(即氣體濃度)。 在寬譜光源15后和拉曼光纖放大器后各加入一只光隔離器9。光隔離器9的作用 是用于隔離背向反射光，保證寬譜光源15和拉曼光纖放大器10輸出光功率的穩(wěn)定。
在本實施例中，傳感點數(shù)包括但不限于為三個，只需根據(jù)甲烷在U波段對應的吸
9收峰，選擇合適的陣列波導光柵型波分復用器18，即可搭建不同傳感點數(shù)的基于波分復用 器的甲烷多點傳感系統(tǒng)。在本實施例中，光電二極管19和解調器5可以由合束作用的多層 鍍膜型波分復用器11和光功率計13，光譜儀14和其他類似可分析波長和功率的器件替代， 陣列波導光柵型波分復用器18也可以選擇圖4所示出的光纖光柵與光環(huán)行器，或者波分復 用耦合器，或者馬赫曾德干涉型波分復用器，或者多層鍍膜型波分復用器替代。
光纖拉曼放大器是一種全波段放大器，只需選擇合適的泵浦源，即可以對任意波 長的信號光進行放大。為此，只需選擇對應波長的寬譜光源15，光隔離器9，大功率泵浦激 光器16，多層鍍膜型波分復用器ll，陣列波導光柵型波分復用器18或者其他波分復用設 備，此方案可以推廣為對在光纖可傳輸光波長范圍內存在多個吸收峰的氣體適用的基于波 分多址的多點氣體傳感系統(tǒng)。 本發(fā)明的技術方案適用于實時監(jiān)測多點的氣在近紅外區(qū)域有若干組吸收峰的氣
體的多點濃度，精度和靈敏度高。 綜上所述，本發(fā)明的有益效果是 用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)充分結合現(xiàn)代光通信領域的成熟技術，如波分 復用技術，光纖拉曼放大技術，光纖傳輸技術，光信號調制解調技術。適用于危險環(huán)境下，大 型工礦企業(yè)內，對多個監(jiān)測點的氣體濃度進行高靈敏度、高精度、實時監(jiān)測，為保障安全生 產生活提供重要依據(jù)。 以上對本發(fā)明所提供的一種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)進行詳細介紹，本 文中應用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用 于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的 思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為 對本發(fā)明的限制。
10
權利要求
一種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感系統(tǒng)包括依次連接的光源發(fā)生裝置、解波分復用設備、多點傳感網絡、波分復用設備以及第一解調裝置；其中，所述光源發(fā)生裝置用于產生寬譜光，所述寬譜光經所述解波分復用設備后被分為多路不同波長的窄帶光和一束參考光，所述每一路窄帶光包含待測氣體的一個吸收峰；所述多點傳感網絡包括位于不同監(jiān)測點的多個氣體吸收室，所述每一路窄帶光通過與之相對應的氣體吸收室，與氣體交互作用，攜帶氣體濃度信息進入所述波分復用設備；所述波分復用設備用于將來自不同氣體吸收室的窄帶光合束后發(fā)送至所述第一解調裝置；所述第一解調裝置包括光功率計和光譜儀，用于對合束后的所述窄帶光和來自于所述光源發(fā)生裝置的所述參考光進行分析和比較，獲取不同監(jiān)測點的氣體吸收室對光的吸收損耗，以確定不同監(jiān)測點所在地點的氣體濃度參數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述光源發(fā)生裝置與所述解波分復 用設備之間、每一所述窄帶光與所述氣體吸收室之間或所述波分復用設備與所述解調器之 間連接有用于產生光學增益的光放大器。
3. 根據(jù)權利要求2所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述用于產生光學增益的光放大器 為光纖拉曼放大器或者摻鉺光纖放大器。
4. 根據(jù)權利要求3所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述光源發(fā)生裝置后、所述用于產生 光學增益的光放大器后設置光隔離器。
5. 根據(jù)權利要求1所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述解波分復用設備為波分復用耦 合器、多層鍍膜型波分復用器、馬赫_曾德干涉型波分復用器、光纖光柵與光環(huán)行器型解波 分復用器或陣列波導光柵型解波分復用器；所述波分復用設備為波分復用耦合器、多層鍍 膜型波分復用器、馬赫曾德干涉型波分復用器、光纖光柵與光環(huán)行器型波分復用器或陣列 波導光柵型波分復用器。
6. —種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感系統(tǒng)包括依次連接 的光源發(fā)生裝置、解波分復用設備、多點傳感網絡以及第二解調裝置；其中，所述光源發(fā)生裝置用于產生寬譜光，所述寬譜光經所述解波分復用設備后被分為多路 不同波長的窄帶光和一束參考光，所述每一路窄帶光包含待測氣體的一個吸收峰；所述多點傳感網絡包括位于不同監(jiān)測點的多個氣體吸收室，所述每一路窄帶光通過與 之相對應的氣體吸收室，與氣體交互作用，攜帶氣體濃度信息進入所述第二解調裝置；所述第二解調裝置包括光電二極管和解調器，用于對所述多路窄帶光和來自于所述 光源發(fā)生裝置的所述參考光進行分析和比較，獲取不同監(jiān)測點的氣體吸收室對光的吸收損 耗，以確定不同監(jiān)測點所在地點的氣體濃度參數(shù)。
7. 根據(jù)權利要求6所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述光源發(fā)生裝置與所述解波分復 用設備之間、每一所述窄帶光與所述氣體吸收室之間均可連接用于產生光學增益的光放大 器。
8. 根據(jù)權利要求7所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述用于產生光學增益的光放大器 為光纖拉曼放大器或者摻鉺光纖放大器。
9. 根據(jù)權利要求8所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述光源發(fā)生裝置后、所述用于產生 光學增益的光放大器后設置光隔離器。
10.根據(jù)權利要求6所述的傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述解波分復用設備為波分復用耦 合器、多層鍍膜型波分復用器、馬赫曾德干涉型波分復用器、光纖光柵與光環(huán)行器型解波分 復用器或陣列波導光柵型解波分復用器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于監(jiān)測多點氣體濃度的傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依次連接的光源發(fā)生裝置、解波分復用設備、多點傳感網絡、波分復用設備以及第一解調器；光源發(fā)生裝置用于產生寬譜光，寬譜光經解波分復用設備后被分為多路窄帶光和一束參考光，窄帶光通過多點傳感網絡中的對應監(jiān)測點后攜帶該點的氣體濃度信息，參考光和各路窄帶光被波分復用設備合束后，由第一解調器進行分析可知各點氣體濃度。本發(fā)明通過波分復用，有效降低系統(tǒng)損耗和各傳感點之間的串擾，容易實現(xiàn)現(xiàn)場應用，適用于實時監(jiān)測在近紅外區(qū)域有若干組吸收峰的氣體的多點濃度，精度和靈敏度高。
文檔編號G01N21/35GK101793821SQ20101013182
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者余貺琭, 劉嵐嵐, 吳重慶 申請人:北京交通大學